Foi criado um programa em software MATLAB® que permite leitura au-
tomática dos ficheiros referidos no subcapítulo anterior, criação de gráficos e estudo de parâmetros de manobrabilidade.
O navio onde foram efetuadas as provas por ser um navio militar, tem grande capacidade de resposta, e como tal, o tratamento utilizado para estudo automático de parâmetros poderá não se aplicar diretamente a outro tipo de navios.
O programa foi concebido de modo a ser o mais independente possível do utilizador e assim facilitar a sua utilização de forma bastante prática.
O programa foi feito para estudo automático de provas do tipo curva de giração, ZigZag e espiral.
Para simplificação da explicação do processo da programação efetuada, optou-se pela apresentação em forma de fluxograma que se apresenta na figura 16e os respetivos códigos, são apresentados no apêndice D.
9 Tipo de formato utilizado para guardar dados de formato de tabela em texto corrido, onde cada campo
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Figura 16 - Fluxograma do algoritmo de tratamento de dados reais do navio
Numa explicação mais exaustiva:
O programa está separado por partes. Nos pontos dois a quatro são da- dos introduzidos pelo utilizador, designadamente a seleção de diretório, onde devem estar os ficheiros do programa e onde vão ser guardados os dados, a seleção dos ficheiros de texto e também o ficheiro do sistema de gestão da pla- taforma, exemplificado na figura 17.
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Figura 17 - Inserção de dados pelo utilizador
No ponto cinco é feita uma pequena avaliação dos ficheiros de texto, para apurar se contêm os campos necessários à simulação.
Seguidamente, todos os dados necessários são guardados no ficheiro VariableGetData.mat.
No ponto sete é onde é feita a leitura automática dos ficheiros, segundo a codificação já explicada no subcapítulo anterior. Os ficheiros, por terem uma formatação pré-definida são de fácil leitura.
Para fazer importação dos dados é utilizada a função importdata. Para divisão de campos usada a função contains. Para divisão dos dados dentro de cada campo, utilizada a função strsplit.
Seguidamente os dados tratados são guardados no ficheiro DataTo- tal1.mat.
No ponto oito dá-se o tratamento dos dados, ou seja, uniformização de vetores retirando o tempo de aproximação.
No ponto nove existe um processo de decisão por parte do utilizador, no qual se decidiu se a seleção do tipo de prova é feita automaticamente ou por sua decisão. No caso da escolha automática, é usado o subprocesso TipoDeProva.m, (ponto 10 do fluxograma).
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Figura 18 - Seleção automática de prova
Neste subprocesso a avaliação é feita com base nos ângulos de leme. Usa-se a função findpeaks e a média e moda do leme para decisão automática. No caso de ser decidido pelo utilizador não efetuar a seleção automática, é aberta uma janela para inserção manual do tipo de prova, representado no ponto 11.
No ponto 12 dá-se o estudo de parâmetros, também definidos para o caso apresentado no subcapítulo 3.3 e a criação dos gráficos dependendo do tipo de prova.
Neste estudo, a correlação de dados para a prova de ZigZag é efetuada através de igualar temporalmente a 2ª alteração de leme com a proa afastada 10º ou 20º relativamente à proa inicial, conforme a prova for ZigZag 10/10 ou 20/20.
Relativamente à prova de espiral, é efetuada igualando temporalmente a 1ª alteração do leme com, aproximadamente, o início de alteração da proa do navio.
Estas aproximações não são exatas, mas demostraram estar relativa- mente bem ajustadas ao que é suposto obter neste tipo de provas, por definição, e como tal considera-se uma boa aproximação.
Relativamente à prova de curva de giração os valores reais são ajustados para tentar minimizar o efeito das forças externas, como vento e ondulação. Para tal é calculado um vetor, caraterizado por distância e azimute, entre o ponto de início de guinada, representado na figura 19 por “1ª volta”, e o ponto de começo da segunda volta, representado na figura 19 por “2ª volta”. Este vetor é retirado aos pontos de avanço máximo e de afastamento lateral máximo. Foi efetuada
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esta correção porque sem o efeito de forças externas os pontos referidos deve- riam ser coincidentes, como representado na figura 12.
Figura 19 – Gráfico de curva de giração real
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Figura 21 - Gráfico da prova de espiral real
Finalmente no ponto 13 as figuras criadas são guardadas, com data e hora, no diretório escolhido inicialmente pelo utilizador.
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5 Resultados
Para comparação dos resultados foram utilizados os valores do caderno de elementos evolutivos do IH, de provas efetuadas em outubro de 2016, nas quais apenas foram realizadas curvas de giração. Como tal serão comparadas apenas este tipo de provas.
As colunas corrigidas das provas de 2019 são os valores do programa para aproximação de uma curva de giração real, sem efeitos externos, como explicado no capítulo 4.2.
As colunas com sombreado cinzento na tabela 3 são valores não utiliza- dos no cálculo do erro.
Tabela 3 - Valores reais de provas de manobrabilidade
Curva de Giração - 2016
Diâmetro tático Avanço Máximo Normal Corrigido Normal Corrigido (*)
20° BB 242 m - 193 m 116 m
20° EB 227 m - 207 m 117 m
10° BB 512 m - 350 m 233 m
10° EB 506 m - 318 m 171 m
Curva de Giração - 2019
Diâmetro tático Avanço Máximo Normal Corrigido Normal Corrigido
21° BB 220,4 m 231,2 m 94,9 m 73,7 m
21° EB 230,6 m 207,9 m 81,2 m 109,8 m
11° BB 406 m 445,4 m 191,1 m 147,2 m
12° EB 389,8 m 418,9 m 175,2 m 231,6 m
* Valores relativos ao início de guinada, para comparar com os do programa em MATLAB®
Foram obtidos os seguintes valores de erro:
Tabela 4 - Valores de erro para provas reais de curvas de giração
Curva de Giração – Erro (%)
Diâmetro tático Avanço Máximo Normal Corrigido Normal Corrigido
21° BB 8,9 4,5 18,2 36,5
21° EB 1,6 8,4 30,6 6,2
11° BB 20,7 13 18 36,8
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A tabela apresenta um erro total relativo de 18%, de salientar a maior alteração no avanço para as curvas de 21°, e a maior alteração de diâmetro tático para as curvas de menor ângulo.
As diferenças ocorridas poderão ser devidas principalmente as condições de carga diferenciadas em cada uma das situações, nas provas realizadas em 2016 o navio dispunha de 9% menos de deslocamento do que as realizadas a sul da madeira, em 2019, para teste do programa.
Outra razão para a diferença poderão ser as condições atmosféricas, nas provas de 2016 o vento foi maioritariamente dos setores sul com força 2, nas provas realizadas em 2019 o vento foi maioritariamente dos setores oeste e oeste-sudoeste com força entre 2 e 3. Difere das figuras mostradas anterior- mente por estar representado o vento relativo.
Relativamente à corrente e ondulação não se verificou grande influência, visto ter sido medida e apresentou valores inferiores a 1 nó para a corrente e 0,5 m para a ondulação.
Existe ainda a possibilidade de alterações estruturais ao longo dos 3 anos que o tenha feito alterar a sua capacidade de manobrabilidade, que no caso de veracidade, justifica a necessidade, como referido anteriormente, de possuir sempre os dados mais atualizados dos elementos evolutivos do navio.
No programa realizado em MATLAB®, os valores dos ângulos dos lemes
são retirados do sistema de gestão da plataforma do navio, o que leva em erros na correlação de dados de ambos os sistemas, rede NMEA e SGP. Como tal os valores utilizados para estudo da curva de giração são relativos ao início de gui- nada e não relativos à alteração do leme. Não correspondendo assim à definição de avanço definida pela IMO.
Relativamente aos valores obtidos por simulação matemática, foram uti- lizados os valores da sua construção, onde se dispunha de todos os dados ne- cessários.
Os dados alterados para corresponder as provas efetuadas em 2016 e 2019 foram os calados do navio, o deslocamento e o KRudd, valor de correção
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para aproximação dos dados de provas reais. Este último parâmetro foi alterado para obter o menor erro possível na simulação.
Assim foram efetuadas oito simulações, quatro para comparativo com as provas de 2016 e outras quatro para confrontação com as provas de 2019.
Para as provas de 2016 o KRudd, usado em simulação, que melhor des- creveu as curvas reais foi de 0,6 ou 0,7, obtendo erros médios de 14% e 17%, respetivamente. Sendo de salientar que as curvas de maior grau, 20°, têm um erro menor em comparação com as curvas de 10°, respetivamente, um erro de 9% e 22%.
Para as provas de 2019 os valores obtidos por simulação foram relativa- mente piores, obtendo um erro médio de cerca de 17% e 19% para KRudd de 0,5 e 0,6, respetivamente, sendo que o que melhor caracteriza tanto as curvas de maior grau como as de menor grau é o último. As restantes elações retiradas no paragrafo anterior continuam a ser validas neste estudo.
Nestas provas foi ainda efetuado um estudo, relativamente aos valores com a correção de fatores externos, como explicado anteriormente, obtendo um aumento de aproximadamente 4%, logo, a correção não será a mais adequada, sendo preferível os valores originais.
Relativamente às provas de ZigZag e espiral, foi realizado um compara- tivo entre os dados reais obtidos e uma simulação efetuada. A percentagem de erro foi elevada, com resultado de cerca de 60%, presumivelmente devido ao simulador da máquina do leme ser construído para navios mercantes, assim como os coeficientes hidrodinâmicos calculados. Como referido anteriormente, esses navios possuem baixa capacidade de manobrabilidade, o que aplicado equivalen- temente a um navio de guerra, faz aumentar em muito o tempo e distância aquando de uma alteração de leme e como as provas referidas alteram muitas vezes o leme num curto espaço de tempo, os valores de erro tendem a aumentar. Isto concluído, porque nas provas de giração não se verifica o mesmo, uma vez que só é efetuada uma mudança de leme e depois é mantido os ângulos introduzidos durante toda a simulação.
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Conclusão
Atualmente a tecnologia desenvolve-se de forma acelerada. Tal deverá também ser aproveitado no desenvolvimento de novas ferramentas em prol da segurança marítima, face a um grande aumento de tráfego que responde à pro- cura do transporte marítimo a que também deve corresponder aumento da ação reguladora e fiscalizadora, que inclui as marinhas de guerra.
Esse aumento de tráfego e o interesse crescente no prolongamento da posse dos navios, reflete-se no aumento das suas idades médias e tendência para baixa prioritização das atividades de atualização dos seus elementos evolu- tivos.
Isto porque a sua verificação resulta de processos complicados e dispen- diosos.
Por isso, neste trabalho, propôs-se desenvolver formas mais expeditas e de fácil uso pela própria equipa de navegação para a obtenção dos valores de provas de manobrabilidade, que permitam obter dados atualizados de desempe- nho, tanto através de obtenção de dados reais transformados em resultados efi- cazes, como em ambiente simulado, pois, a utilização de simuladores é uma forma facilitada e relativamente eficaz de perceber a manobrabilidade do navio em diversas situações, como o espaço para efetuar manobras, tempo para parar e tempo e velocidade para desviar de um obstáculo, entre outros.
Concluiu-se a criação de dois programas. O primeiro possuindo equações matemáticas que pretendem descrever o comportamento de um navio. O se- gundo, um programa que recorrendo aos dados disponíveis dos sensores do mesmo navio, permite que possam ser utilizados de forma expedita para efetuar provas de manobrabilidade e retirar os parâmetros relevantes das mesmas.
Este último, efetua o tratamento de dados disponíveis, para calcular as condições atualizadas de manobrabilidade do navio.
Entende-se assim, que os objetivos da investigação foram alcançados. Enfrentaram-se dificuldades, designadamente o ajustamento de datas para efetuar provas de manobrabilidade, relativamente ao plano operacional dos
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navios, a recolha de dados no navio, pois o log produzido no Wcom2 – Test Terminal zerava ao fim de poucos minutos, tendo sido só descoberto durante as provas que para guardar todos os dados das provas era necessário realizar um log direto para um ficheiro TXT, e a correlação entre os dados do SGP e da rede NMEA, onde não se obteve dados sincronizados entre as diversas provas, mesmo efetundo uma correção temporal.
Assim em face destas conclusões, deixam-se como sugestão para futuros trabalhos, otimização do sistema de recolha de dados para, de forma precisa, correlacionar os dados do SGP e da rede NMEA, e desta forma do tratamento de dados para corresponder com os critérios internacionais, nomeadamente no diâ- metro tático e avanço, ser efetuado relativo à alteração do leme; Otimização do simulador, nomeadamente da máquina do leme, para corresponder a navios de alta capacidade de manobrabilidade, porque alguns resultados, como as simula- ções das provas de ZigZag e espiral, apresentaram ainda alguma margem de erro relativamente elevada. Contudo, provou-se que o sistema funciona, necessitando de alguma melhoria.
Deste modo, o sistema de recolha de dados contruído, embora com erros associados, como descritos no capítulo 5, poderá ser implementado para obten- ção de características de manobrabilidade atualizadas, de forma não definitiva e doutrinária, mas como uma forma de auxílio às equipas de navegação.
O desenvolvimento de tecnologia com base neste trabalho de investiga- ção, que permita uma certa normalidade deste tipo de resultado de provas a obter regularmente e até, em hipótese, ser a base de desenvolvimento de tec- nologia a introduzir nos navios, que pelo demonstrado na investigação não se vislumbra de concretização difícil, e permita aos oficiais responsáveis pelos mes- mos efetuar de forma automática os testes de manobrabilidade, sem necessidade de recurso a entidades exteriores, mantendo sempre resultados atualizados de desempenho.
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